前列腺素在心臟纖維化中的作用研究進(jìn)展

李虹敏，張躍，袁夢(mèng)，李廣平

(天津市心血管病離子與分子機(jī)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院心臟科 天津心臟病學(xué)研究所，天津 300211)

前列腺素(prostaglandins，PGs)是一類由花生四烯酸合成的存在于動(dòng)物和人體中的具有多種生理活性的脂類化合物。1934年，V Eule[1]首次從人、猴、羊的前列腺中分離出PGs。研究證明，幾乎所有的細(xì)胞和組織均能產(chǎn)生PGs，目前已發(fā)現(xiàn)10余種PGs；PGs由20個(gè)碳原子組成，因此PGs也被稱為二十碳酸類或前列腺素類化合物，PGs按五碳環(huán)或側(cè)鏈不飽和鍵位置或取代基等結(jié)構(gòu)上的不同而分為不同類型，不同類型的PGs具有不同的功能；PGs的半衰期較短(1～2 min)，主要經(jīng)肝臟和肺臟迅速降解，PGs合成后迅速?gòu)募?xì)胞中釋放出來，并以自分泌或旁分泌的方式與鄰近的特定膜受體結(jié)合[2]。PGs具有廣泛的生理作用，在一系列細(xì)胞活動(dòng)中發(fā)揮重要作用，如介導(dǎo)細(xì)胞的分化、增殖和凋亡等[3-5]，同時(shí)在胃腸道功能調(diào)節(jié)、血小板聚集、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)平衡和生殖、分娩中發(fā)揮重要作用[6-8]。另外，PGs還參與癌癥、炎癥、多種心血管疾病的病理過程[9-10]?，F(xiàn)就PGs在心臟纖維化中的作用予以綜述。

1 花生四烯酸代謝產(chǎn)物PGs

花生四烯酸是人體重要的必需脂肪酸?；ㄉ南┧嵩谏矬w內(nèi)主要以磷脂的形式存在于細(xì)胞膜上，在維持機(jī)體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能方面具有重要作用。哺乳動(dòng)物體內(nèi)的花生四烯酸通常是通過亞油酸的代謝獲得。食品來源的亞油酸被去飽和產(chǎn)生γ-亞麻酸，然后通過延長(zhǎng)碳鏈和再去飽和產(chǎn)生花生四烯酸，當(dāng)細(xì)胞膜受到刺激時(shí)，花生四烯酸在磷脂酶A2的催化下從細(xì)胞膜磷酸酯池中釋放出來，經(jīng)環(huán)加氧酶(cyclooxygenase，COX)、脂加氧酶和細(xì)胞色素P450三種主要途徑代謝合成PGs、白三烯、血栓素等類二十烷相關(guān)產(chǎn)物[11]。PGs主要由COX途徑產(chǎn)生，COX主要包括COX-1和COX-2兩種同工酶，分別由不同的基因編碼，其中COX-1為結(jié)構(gòu)型，主要存在于血管、胃、腎等組織，參與調(diào)節(jié)血小板聚集、胃黏膜血流量、血管收縮、胃黏液分泌和腎功能等，維持細(xì)胞、組織和器官生理功能的穩(wěn)定[7]；而COX-2為誘導(dǎo)型，細(xì)胞膜被各種損傷性化學(xué)、物理和生物因子激活后，細(xì)胞膜磷脂被磷脂酶A2水解，產(chǎn)生花生四烯酸，然后在COX-2催化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镻Gs中間代謝產(chǎn)物，再經(jīng)相對(duì)應(yīng)的PGs合成酶生成PGs[12]。

PGs合成酶主要包括PGI2合成酶、PGE2合成酶、PGF2α合成酶、PGD2合成酶以及血栓素A2(thromboxane A2，TXA2)合成酶等，這些合成酶分別負(fù)責(zé)PGI2、PGE2、PGF2α、PGD2和TXA2的合成[13]。每種PGs均有特定的受體，PGs受體是細(xì)胞表面7次跨膜受體的亞家族，屬于跨膜G蛋白偶聯(lián)受體家族[14]。PGs受體包括PGD2受體DP1和DP2，PGE2受體EP1、EP2、EP3和EP4，PGF2α受體FP，PGI2受體IP以及TXA2受體TP[11]。這些受體可激活不同的下游信號(hào)通路，因此在各種生理、病理過程中發(fā)揮不同的功能。如EP2、EP4、DP1和IP受體可激活環(huán)腺苷酸信號(hào)通路，而EP3和DP2受體可抑制環(huán)腺苷酸信號(hào)通路；EP1、FP和TP受體主要激活蛋白激酶C和鈣離子信號(hào)通路；TP和EP3受體可以激活小G蛋白R(shí)ho激酶信號(hào)通路；EP2和EP4受體可以激活磷脂酰肌醇-3-激酶和β-arrestins信號(hào)通路[15]。非甾體抗炎藥具有消炎、解熱和鎮(zhèn)痛的作用，主要通過抑制COX活性的來減少PGs的合成[11]。目前研究發(fā)現(xiàn)，PGs不僅在炎癥、動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成中發(fā)揮重要作用，還參與癌癥、新生血管、心臟纖維化等病理過程[6-8,11]。

2 心臟纖維化的發(fā)生機(jī)制

任何器官的損傷及病變均會(huì)引發(fā)一系列復(fù)雜的細(xì)胞和分子反應(yīng)，最終導(dǎo)致組織纖維化。纖維化在短期內(nèi)具有適應(yīng)性，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)則逐漸形成瘢痕，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和器官衰竭。纖維化一般分為四個(gè)階段：第一階段是啟動(dòng)反應(yīng)，由器官的原發(fā)性損傷所驅(qū)動(dòng)；第二階段是效應(yīng)細(xì)胞的活化；第三階段是細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的加工；第四階段是ECM的動(dòng)態(tài)沉積和再吸收的減少。其中，后三個(gè)階段相互重疊，共同促進(jìn)纖維化的進(jìn)展，最終導(dǎo)致終末器官衰竭[16]。成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞是纖維化的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，也是合成ECM的關(guān)鍵場(chǎng)所。

心臟受到損傷后會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能重構(gòu)，其核心是心肌細(xì)胞的肥大和ECM過度沉積[17]。以膠原蛋白為主的ECM在心肌組織間隙中過度沉積稱為心肌纖維化。心肌組織中包含幾種細(xì)胞類型，其中成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞是構(gòu)成心肌最重要的細(xì)胞類型，且數(shù)量最多；其次是心肌組織中的血管細(xì)胞(平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞)；數(shù)量較少的是肥大細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[18]。心臟成纖維細(xì)胞在心肌纖維化過程中發(fā)生增殖、活化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，而肌成纖維細(xì)胞表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白，且具有更強(qiáng)的增殖、遷移以及分泌細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和ECM的能力，因此肌成纖維細(xì)胞是心肌纖維化過程中最重要的效應(yīng)細(xì)胞，也是維持體內(nèi)ECM蛋白平衡的主要細(xì)胞類型[19]。目前認(rèn)為，除成纖維細(xì)胞是肌成纖維細(xì)胞的主要來源外，循環(huán)中的骨髓祖細(xì)胞、單核細(xì)胞、纖維細(xì)胞和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化也是肌成纖維細(xì)胞的重要來源[20]。

動(dòng)物結(jié)締組織的主要成分是膠原蛋白，膠原蛋白是一種功能性蛋白，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)含量最多、分布最廣，占蛋白質(zhì)總量的25%～30%[21]。膠原蛋白種類較多，常見的類型為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅺ型。Ⅰ型和Ⅲ型膠原是心肌膠原的主要類型，其中Ⅰ型膠原約占心肌膠原總數(shù)的85%，在心肌膠原中所占比例最大，且纖維粗大、堅(jiān)硬、抗拉能力強(qiáng)，用于保持心室壁的強(qiáng)度；Ⅲ型膠原在心肌膠原中約占11%，纖維細(xì)，彈性和延展性大，對(duì)保持心室壁的彈性具有重要作用；膠原蛋白濃度異常升高、膠原比例失衡或排列紊亂均會(huì)加重心肌纖維化，導(dǎo)致順應(yīng)性降低和心室壁僵硬度增加，從而導(dǎo)致心臟舒張功能障礙，但位于心臟表面的冠狀動(dòng)脈周圍的纖維化則可使血管壁增厚、彈性降低，使心肌細(xì)胞的血液供應(yīng)減少，促進(jìn)心肌細(xì)胞的肥大或壞死[22]。

目前心臟纖維化已成為心血管領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。心臟纖維化與心律失常、心功能不全甚至心源性猝死密切相關(guān)，成為心血管疾病的主要誘因。因此，未來應(yīng)深入了解心臟纖維化形成的病理過程，探索新的分子機(jī)制，尋找有效的治療靶點(diǎn)。

3 PGs與心臟纖維化

PGs與特定受體結(jié)合后，可介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化和凋亡等一系列細(xì)胞活動(dòng)，同時(shí)在調(diào)節(jié)女性生殖功能、分娩、血小板聚集以及心血管系統(tǒng)平衡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，PGs與肺纖維化、腎臟纖維化等相關(guān)[23-24]。

3.1PGI2PGI2是一種小分子活性物質(zhì)，在COX、PGI2合成酶作用下由花生四烯酸催化生成。PGI2合成酶是內(nèi)皮細(xì)胞中最豐富的PGs合成酶，其表達(dá)水平是其他PGs合成酶的5～100倍；PGI2存在于平滑肌細(xì)胞、血小板、內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞及心肌成纖維細(xì)胞等，是最豐富的內(nèi)皮類花生四烯酸，PGI2在人和動(dòng)物中表達(dá)水平均高于其他PGs[25]。PGI2中的6-酮-PGF1α(6-keto-PGF1α)是一種穩(wěn)定代謝物，可以通過測(cè)量6-酮-PGF1α的濃度來反映體內(nèi)PGI2的水平。目前研究認(rèn)為，PGI2可通過激活細(xì)胞膜上的IP達(dá)到調(diào)節(jié)血管擴(kuò)張、改善血流的目的[25-26]。給予外源性PGI2或類似物可有效減輕心肌缺血再灌注損傷，而IP基因敲除型小鼠的心肌缺血再灌注損傷加重；此外，與野生型小鼠相比，IP基因敲除型小鼠行左冠狀動(dòng)脈前降支結(jié)扎術(shù)后心肌梗死面積增大[27]。亦有研究顯示，心力衰竭時(shí)PGI2合成增加，而IP基因敲除型小鼠行主動(dòng)脈縮窄術(shù) 2～4周后，其心臟與體重比、心肌組織中腦鈉肽信使RNA表達(dá)水平及心室纖維化程度均較野生型小鼠升高[28]，上述結(jié)果提示PGI2可能在心肌缺血及心臟重構(gòu)中發(fā)揮保護(hù)作用。

PGI2除通過細(xì)胞膜上的IP發(fā)揮生物學(xué)作用外，還可通過與其內(nèi)源性的胞內(nèi)受體過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)β/δ結(jié)合調(diào)節(jié)某些基因的轉(zhuǎn)錄[29]。PPARβ/δ是PPAR家族中分布最廣的成員，但其在不同組織器官中的生理功能目前尚不明確。有研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用cre-loxP系統(tǒng)特異性敲除心肌細(xì)胞PPARβ/δ后，心肌細(xì)胞脂肪酸氧化酶的活力降低，心肌病發(fā)病率升高[30]，提示PPARβ/δ在心肌脂質(zhì)代謝過程中發(fā)揮重要作用。PPARβ/δ在心肌纖維化中是否發(fā)揮作用還有待進(jìn)一步研究。

3.2TXA2TXA2是由血小板微粒體合成并釋放的一種具有強(qiáng)烈促進(jìn)血管收縮和血小板聚集的生物活性物質(zhì)。TXA2的受體主要有兩種，即TPa和TPb，TXA2是TP最有效的興奮劑。TXA2與PGI2是心血管系統(tǒng)主要的PGs。PGI2作為TXA2的生理性拮抗劑，與TXA2共同維持心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)。有研究報(bào)道，缺乏PGI2受體的小鼠會(huì)發(fā)生鹽敏性高血壓、心肌肥大和嚴(yán)重的心肌纖維化；同時(shí)，缺失TXA2(TP)受體不能阻止高血壓的發(fā)生，但I(xiàn)P、TP雙敲除可改善心肌肥厚，防止纖維化[26]。在多種心血管疾病(不穩(wěn)定型心絞痛、心肌缺血、腦血管痙攣、妊娠高血壓疾病等)和先天性心臟病患者以及動(dòng)物模型中均發(fā)現(xiàn)了TXA2表達(dá)增加[27]?？梢姡琓XA2和PGI2在調(diào)節(jié)血小板活化、維持動(dòng)態(tài)平衡方面發(fā)揮重要作用。目前有關(guān)TXA2與心臟纖維化關(guān)系的研究較少，兩者是否以一種相互依賴、相互調(diào)節(jié)的關(guān)系參與心房顫動(dòng)的發(fā)病機(jī)制和進(jìn)程還有待進(jìn)一步研究。

3.3PGE2PGE2也是人體內(nèi)最豐富的PGs之一。PGE2在許多器官中具有多種生物學(xué)效應(yīng)，在生理?xiàng)l件下可維持血壓等局部穩(wěn)態(tài)，但PGE2的作用依賴于其受體的激活。PGE2-EPs軸在心臟纖維化中的作用目前仍存在爭(zhēng)議。有研究發(fā)現(xiàn)，EP4敲除小鼠左心室缺血再灌注損傷后梗死面積顯著增大[31]，而激活EP4可顯著改善缺血再灌注損傷后左心室的功能[32]。Wang等[33]發(fā)現(xiàn)，在主動(dòng)脈縮窄致心肌肥厚的小鼠模型中給予EP4激動(dòng)劑可改善小鼠心臟收縮功能，減慢心肌纖維化的進(jìn)程。Liu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，與野生型16～18周齡胎鼠相比，敲除EP3受體的小鼠均出現(xiàn)了偏心性肥厚和心肌纖維化，且心功能也較野生型胎鼠差，表明PGE2-EP3是維持心臟正常生長(zhǎng)發(fā)育所必需的。還有研究發(fā)現(xiàn)，PGE2可增加促纖維化蛋白的表達(dá)，包括α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子、纖維連接蛋白和膠原蛋白等[35]。提示PGE2可能誘發(fā)心臟纖維化，增加促纖維化基因和ECM的積聚。Harding和LaPointe[36]指出，PGE2通過p42/44促分裂原活化的蛋白激酶和蛋白激酶B信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞周期D3，刺激心臟成纖維細(xì)胞增殖。綜上所述，PGE2-EPs信號(hào)系統(tǒng)在心臟病理生理方面起重要作用，但目前對(duì)于PGE2的研究只專注于成纖維細(xì)胞而很少提及心肌細(xì)胞或炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)。

3.4PGF2α近年來PGF2α越來越受到人們的關(guān)注，F(xiàn)P是PGF2α的特異性受體。研究發(fā)現(xiàn)，PGF2α與FP結(jié)合不僅可激活蛋白激酶C和Rho激酶信號(hào)通路，還可抑制磷脂酰肌醇-3-激酶的活性[37]。據(jù)報(bào)道，PGF2α可促進(jìn)心肌肥大[38]。PGF2α可以直接作用于心肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖和膠原的合成，導(dǎo)致心肌纖維化形成，且其作用獨(dú)立于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1[39-40]。有報(bào)道顯示，PGF2α可作用于基質(zhì)金屬蛋白酶和膠原蛋白，從而發(fā)揮促纖維化的作用[41]。

3.5PGD2心肌纖維化也是一種慢性炎癥過程。PGD2分別通過G蛋白偶聯(lián)受體DP1和DP2/Th2細(xì)胞趨化因子受體同源分子，在不同的生物系統(tǒng)中發(fā)揮促炎和抗炎作用[42]。有研究發(fā)現(xiàn)，DP1和DP2在小鼠的心肌細(xì)胞中表達(dá)，且PGD2衍生物對(duì)心血管系統(tǒng)有顯著影響[43]。還有研究發(fā)現(xiàn)，PGD2及其代謝產(chǎn)物15d-PGJ2通過與PPARγ結(jié)合誘導(dǎo)心房鈉尿肽分泌增加，抵抗心肌缺血再灌注損傷，并發(fā)揮抗炎作用，提示PGD2可能直接或間接參與心臟纖維化的形成過程，其下游的機(jī)制包括激活促分裂原活化的蛋白激酶、調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路[44]。

4 小 結(jié)

PGs作用廣泛，參與人體心血管系統(tǒng)多種生理病理過程。同時(shí)PGs受體類型多樣，相互反應(yīng)且錯(cuò)綜復(fù)雜，是一類活性較高的內(nèi)源性物質(zhì)，在維持心血管系統(tǒng)平衡中具有關(guān)鍵作用。目前，在動(dòng)脈粥樣硬化、血栓性疾病、高血壓、血管重構(gòu)等領(lǐng)域，關(guān)于PGs作用機(jī)制的研究較深入，但在心臟纖維化中的機(jī)制研究較少。雖然目前對(duì)于PGs在腎纖維化及肺纖維化中的研究較成熟，但仍存在爭(zhēng)議，這是因?yàn)椴煌N類的PGs與受體結(jié)合后可能存在相互影響，參與同一種疾病的某一病理過程。因此，未來有望通過PGs受體敲除小鼠和轉(zhuǎn)基因小鼠，進(jìn)一步研究PGs代謝的相關(guān)通路和機(jī)制。